1.       序言

為實(shí)施國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略，近年來(lái)綠色能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，風(fēng)能作為可再生清潔能源，受到了越來(lái)越多的關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的制造產(chǎn)能急劇放大。輪轂作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的關(guān)鍵零件，運(yùn)行時(shí)受力情況較為復(fù)雜，可靠性要求高，所以其加工精度要求嚴(yán)格。其中，內(nèi)孔止口是連接的重要部分，加工精度更是重中之重。由于在機(jī)械加工中經(jīng)常采用數(shù)控機(jī)床圓弧插補(bǔ)功能進(jìn)行內(nèi)孔的銑削，而對(duì)于尺寸較大且精度及幾何公差要求較高的大直徑內(nèi)孔，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因機(jī)床傳動(dòng)擬合誤差過(guò)大而造成圓度超差的現(xiàn)象，因此如何降低內(nèi)孔銑削的圓度誤差顯得尤為重要。

2.       問(wèn)題及原因分析

使用龍門(mén)鏜銑床加工風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂（見(jiàn)圖1）的主軸孔φ1520H7+0.125 0mm尺寸時(shí)，先以大直徑立銑刀進(jìn)行粗加工銑削整圓，再用整體硬質(zhì)合金立銑刀進(jìn)行半精銑削加工。工步內(nèi)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)X和Y方向直徑超差，具體表現(xiàn)為Y軸方向直徑尺寸比X軸方向直徑尺寸超出0.18mm，已超出要求公差。由于精加工余量最少處僅剩0.20mm，因此為了防止精加工完成后零件尺寸超差，需要重新設(shè)計(jì)加工方案以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

任何機(jī)床都不可避免地存在制造和裝配誤差，數(shù)控機(jī)床也不例外。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)裝置出現(xiàn)磨損等原因都會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)誤差增大。結(jié)合加工要素，經(jīng)過(guò)分析得出：引起圓度尺寸超差的主要原因是加工的內(nèi)孔直徑為1520mm，尺寸較大，機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)誤差已超出公差要求。

a）  模型

a）  圖樣

圖1 輪轂

3. 方案提出及程序優(yōu)化

由于銑削內(nèi)孔圓度誤差主要體現(xiàn)在X和Y方向上，為了消除2個(gè)方向上的圓度誤差，采用微分思想，將整圓分為若干圓弧進(jìn)行銑削，分段進(jìn)行修正，降低圓度誤差，具體措施如下。

1）給相同加工段或?qū)菆A弧加工的刀具在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中選擇相同的刀具補(bǔ)償號(hào)，在不同的加工段或?qū)菆A弧變化的刀具選擇不同刀具半徑補(bǔ)償號(hào)，在補(bǔ)償編輯器里輸入所需要的刀具半徑補(bǔ)償數(shù)值。

2）分析并掌握機(jī)床各軸誤差規(guī)律，對(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，減小單個(gè)軸對(duì)整個(gè)方向上超差的影響，使所有圓弧按照軌跡加工完成后擬合的整圓直徑尺寸符合工藝要求。整圓加工軌跡如圖2所示。

圖2　整圓加工軌跡

圖3　圖形分析

整合數(shù)控程序進(jìn)行方案分解研究，圖形分析如圖3所示。改善X、Y軸方向上的直徑誤差，并采用順時(shí)針圓弧切入和圓弧切出的方式，加工時(shí)把坐標(biāo)系根據(jù)實(shí)際繞垂直軸在平面內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

O點(diǎn)作為工件圓心初始位置，大圓半徑OD₁＝OD₂＝R₂，小圓半徑A₁B₁＝A₁D₁＝A₂B₂＝A₂D₂＝R₃，OA₁＝OA₂＝R₂－R₃。

O點(diǎn)的坐標(biāo)設(shè)定為（0，0），則B1點(diǎn)坐標(biāo)X_B1＝OA1＝R₂－R₃、Y_B1＝A₁B₁＝R₃，即B₁點(diǎn)坐標(biāo)為（R₂－R₃，R₃）；D₁點(diǎn)坐標(biāo)X_D1＝OD₁＝R₂、Y_D1＝0，即D₁點(diǎn)坐標(biāo)為（R₂，0）；D2點(diǎn)坐標(biāo)X_D2＝0、Y_D2＝－OD₂＝－R₂，即D₂點(diǎn)坐標(biāo)為（0，－R₂）；B2點(diǎn)坐標(biāo)X_B2＝－A₂B₂＝－R₃、Y_B2＝－OA₂＝－（R₂－R₃），即B₂點(diǎn)坐標(biāo)為（－R₃，R₃－R₂）。

銑削圓弧數(shù)控程序如下。

%_N_L500_SPF; 子程序

;$PATH=/_N_SPF_DIR

G00 G90 X0 Y0; O點(diǎn)起始坐標(biāo)點(diǎn)

G42 X= R2-R3 Y=R3; 刀具加補(bǔ)償運(yùn)行到B1點(diǎn)

G02 X=R2 Y0 CR=R3; 順時(shí)針圓弧切入D1點(diǎn)

X0 Y=-R2 CR=R2; 順時(shí)針運(yùn)動(dòng)銑削到D2點(diǎn)

X=-R3 Y=R3-R2 CR=R3; 順時(shí)針圓弧切出B2點(diǎn)

G00 G90 G40 X0 Y0; 取消刀補(bǔ)返回到O點(diǎn)

M17

以上可作為子程序調(diào)用進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加工，提高結(jié)合處的加工質(zhì)量。進(jìn)行仿真模擬優(yōu)化后的結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4　粗銑仿真

圖5　精銑仿真

SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)中，粗銑程序如下。

%_N_LG_GX30_MPF

;$PATH=/_N_MPF_DIR

MSG(“CU XI Ф1520H70+0.125 ZHI KOU D1519.2”)

T1D1

G00 G54 G17 G90 Z100.

X0 Y0

M03 S800 F450 M08

;圓弧切入切出銑整圓

R01=1519.2; 大圓的直徑

R02=200; 切入切出圓弧半徑，取值要比刀具半徑大，比大圓半徑小

G90G0Z-65

L100; 調(diào)用子程序

G90G0Z100.

M05

M30

L100子程序如下。

%_N_L100_SPF; 子程序

;$PATH=/_N_SPF_DIR

R51=R1/2 R52=R51-R2

G91 G0 G64 G41 X=-R52 Y=R2; G41直線(xiàn)加入刀具補(bǔ)償

G03 X=-R2 Y=-R2 CR=R2; 圓弧切入

X0 Y0 I=R51 J0; 銑整圓

X=R2 Y=-R2 CR=R2; 圓弧切出

G0 G40 X=R52 Y=R2; 直線(xiàn)取消刀具補(bǔ)償

G90 G60

M17

精銑程序如下。

MSG(“JING XI Ф1520H70+0.125 ZHI KOU”)

G00 G54 G17 G90 Z100.

X0 Y0

M03 S600 F150 M08

R1=-65; 內(nèi)孔圓止口深度

R2=760; 內(nèi)孔圓半徑

R3=240; 圓弧切入半徑（根據(jù)實(shí)際選擇切入圓弧半徑大小，要保證安全范圍，即大于刀具半徑，小于內(nèi)孔圓半徑）

AROT RPL=45; 繞垂直軸在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)45°（0°～360°）

G90 G00 Z=R1

T1D1; 1號(hào)刀位1號(hào)刀具補(bǔ)償

L500; 調(diào)用子程序

AROT RPL=180; 可附加編程零位旋轉(zhuǎn)，即在前一個(gè)坐標(biāo)系基礎(chǔ)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)180°

T1D1; 1號(hào)刀位1號(hào)刀具補(bǔ)償

L500; 調(diào)用子程序

AROT RPL=90; 可附加編程零位旋轉(zhuǎn)，即在前一個(gè)坐標(biāo)系基礎(chǔ)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)90°

T1D2; 1號(hào)刀位2號(hào)刀具補(bǔ)償

L500; 調(diào)用子程序

AROT RPL=180; 可附加編程零位旋轉(zhuǎn)，即在前一個(gè)坐標(biāo)系基礎(chǔ)上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)90°

T1D2; 1號(hào)刀位2號(hào)刀具補(bǔ)償

L500; 調(diào)用子程序

G90G0Z100.

M05

M30

4. 加工結(jié)果說(shuō)明

經(jīng)過(guò)不斷優(yōu)化加工數(shù)控程序， 輪轂主軸孔φ1520H7+0.125 0mm加工完成，經(jīng)過(guò)測(cè)量，該輪轂內(nèi)孔止口X、Y方向直徑公差為0.10mm，未超出公差要求0.125mm，零件加工合格。

5. 結(jié)束語(yǔ)

本文以某3.0MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂主軸孔φ1520H7+0.125 0mm內(nèi)孔止口銑削加工為例，介紹了一種降低銑削大直徑內(nèi)孔圓度誤差的一種新思路、新方法。并基于R參數(shù)程序、雙刀補(bǔ)，對(duì)內(nèi)孔止口采用多段式銑削方式，進(jìn)行修正，降低圓度誤差，從而保證產(chǎn)品加工質(zhì)量。同時(shí)對(duì)解決類(lèi)似的銑削內(nèi)、外圓誤差問(wèn)題有很好的借鑒意義。